一种钙钛矿透氧膜组件的密封方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种钙钛矿透氧膜组件的密封方法及装置；在钙钛矿透氧膜管的两个端部管壁的外周分别涂覆金隔离层，并在各端部金隔离层的外部分别套设有陶瓷密封帽和陶瓷支撑管；在陶瓷密封帽以及陶瓷支撑管与金隔离层的连接处分别涂覆玻璃胶；密封方法是在钙钛矿透氧膜投入使用之前，在钛矿透氧膜管两端均匀地涂上一层金浆、升温、冷却至室温后，再用玻璃胶对结合部位进行密封、定型；所得到的钙钛矿透氧膜组件，解决了现有技术由于泄露发生，使漏出的氧气直接和漏点附近的气体反应，容易产生局部热点，从而影响整个膜使用效果的技术问题。具有工艺简单、操作方便；所得到的钙钛矿透氧膜组件性能优良、密封性能好等优点。
【专利说明】
一种钙钛矿透氧膜组件的密封方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及封方法，尤其涉及一种钙钛矿透氧膜组件的密封方法及装置。
【背景技术】
[0002]钙钛矿透氧膜是最常使用的一种混合导体透氧膜，在高温条件下(尤其是超过8000C )，当膜两侧存在氧浓度差时，氧会以氧离子的形式从高浓度端通过氧空穴跃迀到低浓度端。理论上对氧的选择透过性为100%。钙钛矿透氧膜广泛用于空气中氧气分离、甲烷部分氧化、甲烷自热重整制氢和乙烷选择性氧化制乙烯等工业过程中，其不仅能为反应提供氧气，还对某些反应有催化作用。
[0003]虽然很多学者对钙钛矿透氧膜进行了大量的研究与实验，但是膜的高温密封仍是亟需解决的关键技术问题之一。反应器的材质一般为不锈钢，强度较高，而膜本身的机械性能较差，直接将膜与反应器连接在一起，在高温操作条件下膜易破裂，因此需要一支撑体将膜与反应器不锈钢底座连接起来。而钙钛矿透氧膜与支撑体的热膨胀系数不同，长期在高温下运作极易产生漏点，使膜效率大大下降；且漏出的氧气可以直接和漏点附近的气体反应，可能产生局部热点，从而影响整个膜的使用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种钙钛矿透氧膜组件的密封方法及装置。该密封方法流程简单，操作方便，密封性能好。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]—种钙钛矿透氧膜组件的密封装置，包括钙钛矿透氧膜管4;所述钙钛矿透氧膜管4的两个端部管壁的外周分别涂覆有金隔离层3，并在各端部金隔离层3的外部分别套设有陶瓷密封帽I和陶瓷支撑管5;
[0007]在陶瓷密封帽I以及陶瓷支撑管5与金隔离层3的连接处，分别涂覆有用于密封该接口缝隙的玻璃胶2。
[0008]与钙钛矿透氧膜管4连接这端的陶瓷支撑管5管口区域的纵截面为梯形面;该玻璃胶2涂覆在该梯形面与金隔离层3的结合区域。
[0009]各金隔离层3的涂覆长度分别为Icm?2cm。
[0010]陶瓷密封帽I的深度为4mm?5mm，|丐钛矿透氧膜管4的顶端与陶瓷密封帽I的内底部相抵。
[0011]钙钛矿透氧膜管4外表面与陶瓷支撑管5内表面之间的接触长度为0.5cm?lcm。
[0012]|丐钛矿透氧膜管4的管体长度为140mm，外径3.7 mm，管壁厚0.47mm。
[0013]—种钙钛矿透氧膜组件的密封方法如下:
[0014]步骤(201):金浆涂覆
[0015]用镊子取金浆，并均匀地在钙钛矿透氧膜管4的两个端部圆周面涂抹一层，每个端部的涂抹长度为I.5cm，在室温下空气中干燥2h，形成金隔尚层3 ；金楽涂覆步骤完成；
[0016]步骤(202):加热降温
[0017]完成金浆涂覆步骤后，将钙钛矿透氧膜管4放入马弗炉中缓慢加热至100tC，加热速率为StCmirT1，并在此温度下保温Ih，随后自然冷却至室温;加热降温步骤完成；
[0018]步骤(203):玻璃胶密封
[0019]取玻璃粉放入乙醇溶剂中，用玻璃棒充分搅拌直至呈粘稠状，得到玻璃粉粘稠液；
[0020]完成加热降温步骤后，将钙钛矿透氧膜管4的一端插入陶瓷密封帽I内，插入深度为5mm，接着把钙钛矿透氧膜管4水平放置，并将制备好的玻璃粉粘稠液涂抹在钙钛矿透氧膜管4与陶瓷密封帽I的连接处，为使玻璃粉粘稠液分布更加均匀，采用旋转涂抹;接着将钙钛矿透氧膜管4的另一端插入陶瓷支撑管5内，插入深度约为lcm，在钙钛矿透氧膜管4与陶瓷支撑管5的连接处涂抹玻璃粉粘稠液;完成钙钛矿透氧膜组件的初步固定；
[0021]步骤(204):玻璃胶定型
[0022]将已经初步固定的钙钛矿透氧膜组件放入竖直的电加热炉中缓慢加热，直至1020°C，加热速率为2°Cmin—I在此温度下保温lh，此时经过缓慢加热的玻璃粉粘稠液已熔融成光滑的玻璃胶2，随后以ScCmirT1的冷却速率冷却至室温;完成钙钛矿透氧膜组件的密封。
[0023]在上述玻璃胶密封步骤开始前，先将陶瓷支撑管5的管口区域打磨成梯形面;然后在该梯形面与金隔离层3的结合区域涂抹玻璃粉粘稠液。梯形面有利于玻璃粉粘稠液的流动，可使密封后的胶体表面更为光滑。
[0024]在上述涂抹玻璃粉粘稠液的过程中，为提高连接处的密封性能及强度，可重复步骤(203)和步骤(204)多次，直至密封性能及强度达到所需要求。
[0025]所述步骤(201)中所述钙钛矿透氧膜管4的管体长度为140mm，外径3.7mm，管壁厚0.47mmo
[0026]采用本发明密封方法所得到的钙钛矿透氧膜组件，在长期高温下运作不易产生漏点，使大大提升了膜效率。
[0027]采用本发明密封方法所得到的钙钛矿透氧膜组件，解决了现有技术由于泄露发生，使漏出的氧气直接和漏点附近的气体反应，容易产生局部热点，从而影响整个膜使用效果的技术问题。
[0028]本发明密封工艺简单、操作方便;所得到的钙钛矿透氧膜组件性能优良、密封性能好。
【附图说明】
[0029 ]图1为本发明钙钛矿透氧膜组件结构示意图。
[0030]图2为本发明钙钛矿透氧膜组件制备工艺框图。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0032]实施例
[0033]如图1和2所示。本发明公开了一种钙钛矿透氧膜组件的密封装置，包括钙钛矿透氧膜管4;所述钙钛矿透氧膜管4的两个端部管壁的外周分别涂覆有金隔离层3，并在各端部金隔离层3的外部分别套设有陶瓷密封帽I和陶瓷支撑管5;
[0034]在陶瓷密封帽I以及陶瓷支撑管5与金隔离层3的连接处，分别涂覆有用于密封该接口缝隙的玻璃胶2。
[0035]与钙钛矿透氧膜管4连接这端的陶瓷支撑管5管口区域的纵截面为梯形面;该玻璃胶2涂覆在该梯形面与金隔离层3的结合区域。
[0036]各金隔离层3的涂覆长度分别为Icm?2cm。
[0037]陶瓷密封帽I的深度为4mm?5mm，|丐钛矿透氧膜管4的顶端与陶瓷密封帽I的内底部相抵。
[0038]钙钛矿透氧膜管4外表面与陶瓷支撑管5内表面之间的接触长度为0.5cm?Icm0[0039 ] I丐钛矿透氧膜管4的管体长度为140mm，外径3.7mm，管壁厚0.47mm。
[0040]本发明钙钛矿透氧膜组件的密封方法，可通过如下工艺步骤实现:
[0041 ]步骤(201):金浆涂覆
[0042]用镊子取适量金浆(金含量85?90%)，并均匀地在钙钛矿透氧膜管4的两个端部圆周面涂抹薄薄的一层，每个端部的涂抹长度为1.5cm，在室温下空气中干燥1.5h?2.5h(优选2h)，形成金隔离层3;金浆涂覆步骤完成；
[0043]步骤(202):加热降温
[0044]完成金浆涂覆步骤后，将钙钛矿透氧膜管4放入马弗炉中缓慢加热至950°C?12000C (优选1000°C)，加热速率为2 cCmirT1，并在此温度下保温1.5h?2.5h (优选Ih)，随后自然冷却至室温;加热降温步骤完成；
[0045]步骤(203):玻璃胶密封
[0046]取适量玻璃粉放入乙醇溶剂中，用玻璃棒充分搅拌直至呈粘稠状，得到玻璃粉粘桐液；
[0047]完成加热降温步骤后，将钙钛矿透氧膜管4的一端插入陶瓷密封帽I内，插入深度为5mm，接着把钙钛矿透氧膜管4水平放置，并将制备好的玻璃粉粘稠液涂抹在钙钛矿透氧膜管4与陶瓷密封帽I的连接处，为使玻璃粉粘稠液分布更加均匀，采用旋转涂抹;接着将钙钛矿透氧膜管4的另一端插入陶瓷支撑管5内，插入深度约为lcm，在钙钛矿透氧膜管4与陶瓷支撑管5的连接处涂抹玻璃粉粘稠液;完成钙钛矿透氧膜组件的初步固定;使用陶瓷密封帽I是为了实现膜组件的一端固定，若两端固定，热胀冷缩时内部应力会使膜组件断裂。由于乙醇极易挥发，玻璃粉粘稠液会很快干燥。
[0048]步骤(204):玻璃胶定型
[0049 ]将已经初步固定的钙钛矿透氧膜组件放入竖直的电加热炉中缓慢加热，直至10000C?1050 0C (优选1020 0C)，加热速率为2 cCmirT1，在此温度下保温Ih，此时经过缓慢加热的玻璃粉粘稠液已熔融成光滑的玻璃胶2，随后以^CmirT1的冷却速率冷却至室温;完成钙钛矿透氧膜组件的密封。
[0050]在上述玻璃胶密封步骤开始前，先将陶瓷支撑管5的管口区域打磨成梯形面;然后在该梯形面与金隔离层3的结合区域涂抹玻璃粉粘稠液。梯形面有利于玻璃粉粘稠液的流动，可使密封后的胶体表面更为光滑。
[0051]在上述涂抹玻璃粉粘稠液的过程中，为提高连接处的密封性能及强度，可重复步骤(203)和步骤(204)多次(一般2?3次即可，当然具体可根据具体情况而定)，直至密封性能及强度达到所需要求。
[0052]所述步骤(201)中所述钙钛矿透氧膜管4的管体长度为140mm，外径3.7mm，管壁厚
0.47mm。当然具体尺寸可根据实际应用而定。
[0053]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0054]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种钙钛矿透氧膜组件的密封装置，其特征在于:包括钙钛矿透氧膜管(4);所述钙钛矿透氧膜管(4)的两个端部管壁的外周分别涂覆有金隔离层(3)，并在各端部金隔离层(3)的外部分别套设有陶瓷密封帽(I)和陶瓷支撑管(5); 在陶瓷密封帽(I)以及陶瓷支撑管(5)与金隔离层(3)的连接处，分别涂覆有用于密封该接口缝隙的玻璃胶(2)。2.根据权利要求1所述钙钛矿透氧膜组件的密封装置，其特征在于:与钙钛矿透氧膜管(4)连接这端的陶瓷支撑管(5)管口区域的纵截面为梯形面;该玻璃胶(2)涂覆在该梯形面与金隔离层(3)的结合区域。3.根据权利要求1或2所述钙钛矿透氧膜组件的密封装置，其特征在于:各金隔离层(3)的涂覆长度分别为Icm?2cm。4.根据权利要求1或2所述钙钛矿透氧膜组件的密封装置，其特征在于:陶瓷密封帽(I)的深度为4mm?5mm，钙钛矿透氧膜管(4)的顶端与陶瓷密封帽(I)的内底部相抵。5.根据权利要求1或2所述钙钛矿透氧膜组件的密封装置，其特征在于:钙钛矿透氧膜管(4)外表面与陶瓷支撑管(5)内表面之间的接触长度为0.5cm?Icm06.根据权利要求1或2所述钙钛矿透氧膜组件的密封装置，其特征在于:钙钛矿透氧膜管(4)的管体长度为140mm，外径3.7mm，管壁厚0.47mm。7.一种钙钛矿透氧膜组件的密封方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤(201):金浆涂覆 用镊子取金浆，并均匀地在钙钛矿透氧膜管(4)的两个端部圆周面涂抹一层，每个端部的涂抹长度为1.5cm，在室温下空气中干燥2h，形成金隔离层(3);金浆涂覆步骤完成； 步骤(202):加热降温 完成金浆涂覆步骤后，将钙钛矿透氧膜管(4)放入马弗炉中缓慢加热至100tC，加热速率为StCmirT1，并在此温度下保温Ih，随后自然冷却至室温;加热降温步骤完成； 步骤(203):玻璃胶密封 取玻璃粉放入乙醇溶剂中，用玻璃棒充分搅拌直至呈粘稠状，得到玻璃粉粘稠液；完成加热降温步骤后，将钙钛矿透氧膜管(4)的一端插入陶瓷密封帽(I)内，插入深度为5mm，接着把钙钛矿透氧膜管(4)水平放置，并将制备好的玻璃粉粘稠液涂抹在钙钛矿透氧膜管(4)与陶瓷密封帽(I)的连接处，为使玻璃粉粘稠液分布更加均匀，采用旋转涂抹;接着将钙钛矿透氧膜管(4)的另一端插入陶瓷支撑管(5)内，插入深度约为lcm，在钙钛矿透氧膜管(4)与陶瓷支撑管(5)的连接处涂抹玻璃粉粘稠液;完成钙钛矿透氧膜组件的初步固定； 步骤(204):玻璃胶定型 将已经初步固定的钙钛矿透氧膜组件放入竖直的电加热炉中缓慢加热，直至1020 °C，加热速率为2°Cmin—I在此温度下保温lh，此时经过缓慢加热的玻璃粉粘稠液已熔融成光滑的玻璃胶(2)，随后以ScCmirT1的冷却速率冷却至室温;完成钙钛矿透氧膜组件的密封。8.根据权利要求7所述钙钛矿透氧膜组件的密封方法，其特征在于:在玻璃胶密封步骤开始前，先将陶瓷支撑管(5)的管口区域打磨成梯形面;然后在该梯形面与金隔离层(3)的结合区域涂抹玻璃粉粘稠液。梯形面有利于玻璃粉粘稠液的流动，可使密封后的胶体表面更为光滑。9.根据权利要求7所述钙钛矿透氧膜组件的密封方法，其特征在于:在涂抹玻璃粉粘稠液的过程中，为提高连接处的密封性能及强度，可重复步骤(203)和步骤(204)多次，直至密封性能及强度达到所需要求。10.根据权利要求7所述钙钛矿透氧膜组件的密封方法，其特征在于:所述步骤(201)中所述钙钛矿透氧膜管(4)的管体长度为140mm，外径3.7 mm，管壁厚0.47mm。
【文档编号】F16J15/14GK106065950SQ201610635214
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】解东来, 张金琦, 鲁宁宁
【申请人】华南理工大学